[发明专利]一个来源于玉米的转录因子及其编码基因的新用途

说明书

技术领域

本发明涉及一个来源于玉米的蛋白质转录因子及其编码基因的新用途，特别涉及一个来源于玉米的与硝酸盐吸收利用相关的转录因子及其编码基因的新用途。

背景技术

氮素是植物必须的矿质营养元素之一，是合成蛋白质、核酸和许多生物活性物质的必需组分，与作物产量、品质有着密切的关系。氮肥在农业生产中的使用极大地提高了作物产量。当前全球每年施用大约8～9千万吨氮肥，经预测到2050年可增加至2.4亿吨（Ti lman et al.,1999,Proc Natl Acad Sci USA 96:5995-6000）。能源费用的提高导致了氮肥价格的不断上涨从而增加了农业生产成本，同时氮肥的流失也在逐步恶化生态环境。基于经济效益和环境保护的双重考虑，在现代农业生产中种植氮高效作物品种已日益重要。

硝态氮是植物的主要氮源，它既作为营养，又作为信号对植物的代谢和生长有重要的影响。土壤中根可利用的NO₃^-浓度是不稳定的,变化可达100倍(Lark等2004)。植物需要不同的硝酸盐吸收系统，以适应NO₃^-浓度的变化，从而更有效的利用土壤中的NO₃^-。植物有硝酸盐转运蛋白NRT1和NRT2两个硝酸盐转运蛋白基因家族。在拟南芥中，NRT1家族有53个基因，NRT2家族有7个基因。NRT1是低亲和性的硝酸盐转运系统(low-affinity transport system,LATS)中的组成成分，NRT2是高亲和性的硝酸盐转运系统(high-affinity transport system,HATS)中的组成成分。在AtNRT1家族的53个同源蛋白中，AtNRT1.1主要负责外部NO₃^-浓度为5mmol·L-1的NO₃^-吸收(Tsay等1993;Okamoto等2003)。AtNRT1.1是一个双亲和性的硝酸盐转运蛋白，AtNRT1.1能适应环境中硝酸盐的浓度而进行高亲和性和低亲和性的转换，由低亲和性转变为高亲和性是通过该蛋白质序列的第101位的苏氨酸(thereonine,Thr)的磷酸化进行调控(Martin等2008)。当外界硝酸盐浓度低时，Thr101磷酸化，促使AtNRT1.1具有高亲和硝酸盐吸收的活性;当外界硝酸盐浓度高时，Thr101去磷酸化，以致AtNRT1.1具有低亲和硝酸盐吸收的活性，这样的机制可导致植物能快速适应外界硝酸盐浓度的变化而改变硝酸盐的吸收方式。当生长介质中NO₃^-浓度（<1mmol·L-1)较低时，根系吸收主要依赖于高亲和吸收转运系统，高亲和NO₃^-转运体蛋白主要由NRT2家族编码，在根部特异表达，其转录受NO₃^-的诱导。AtNRT2.1在根部的表达最强，是高亲和力硝酸盐转运系统的主要成员。植物经硝酸盐转运系统吸收1个NO₃^-分子同时协同吸收2个H⁺，根系吸收的NO₃^-可暂时储藏在根细胞液泡内或随蒸腾流有木质部导管输送到地上部，也可在硝酸还原酶（NR）的作用下还原为亚硝酸根（NO₂^-），进入质体中还原为NH₄⁺，进入谷氨酰胺与天冬酰胺合成反应，进而合成植物所需的氨基酸。

玉米是重要的饲料、经济及生物能源作物，其在国际范围内的需求量与日俱增。在我国玉米生产中，氮肥的施用量过高，氮肥的生产率低下是普遍存在的现象（Ju etal.,2009,Proc Natl Acad Sci USA,106:3041-3046）。由于氮肥的大量施用，随之也带来了环境问题（张维理等，1995，植物营养与肥料学报1(2):80-87）。种植氮高效的玉米品种，是解决氮肥利用率低，降低生产成本，减小环境污染的有效途径，也是农业可持续发展和增强产品国际竞争力的基本要求，但传统选育新品种是个非常长期的过程，现如今基因工程，特别是玉米转基因技术的成熟，使得我们有可能通过基因工程的手段快速的获得氮高效品种。能否快速有效地获得转基因氮高效新品种在很大程度上取决于良好的功能基因。

发明内容